李瑞

摘要：當(dāng)前制造業(yè)零件形態(tài)的復(fù)雜化與高精度推動傳統(tǒng)多軸加工模式向聯(lián)動加工模式變革，對于數(shù)控機(jī)床加工領(lǐng)域的工藝性能優(yōu)化提出現(xiàn)實(shí)要求。本文針對四軸聯(lián)動加工、五軸聯(lián)動加工工藝優(yōu)化技術(shù)方案進(jìn)行分析，以某風(fēng)力發(fā)電設(shè)備葉輪葉片零件加工為例，利用UG平臺完成該零件的參數(shù)化建模與運(yùn)動仿真分析，并通過運(yùn)行后置處理程序保證零件加工精度與效率，為數(shù)控多軸加工提供參考價值。

關(guān)鍵詞：UG軟件;數(shù)控機(jī)床;多軸加工;優(yōu)化設(shè)計(jì)

引言：UG軟件基于多體系統(tǒng)理論為數(shù)控機(jī)床加工精度提供保障，被廣泛應(yīng)用于輪胎、發(fā)動機(jī)及發(fā)電設(shè)備等工業(yè)制造領(lǐng)域的零部件加工環(huán)節(jié)。數(shù)控多軸加工主要利用UG軟件提供的功能模塊將工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)控代碼，供數(shù)控系統(tǒng)完成復(fù)雜零部件的高質(zhì)量加工，對于提升數(shù)控加工效率、保障安全生產(chǎn)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1數(shù)控多軸加工工藝優(yōu)化技術(shù)

1.1四軸聯(lián)動加工

四軸聯(lián)動加工中心通常包含四軸四聯(lián)動、五軸四聯(lián)動兩種類型，在數(shù)控程序中單行僅支持4個加工坐標(biāo)，一定程度上影響到加工零件的刀路生成效果。通過引入UG軟件的可變軸曲面輪廓銑功能模塊，選擇曲面區(qū)域進(jìn)行驅(qū)動，以刀軸作為投影矢量，初步完成零部件加工參數(shù)的設(shè)置。在此基礎(chǔ)上，刀軸選擇遠(yuǎn)離直線刀路，將工件的曲面輪廓進(jìn)行外擴(kuò)，可檢測到刀具存在與工件碰撞干涉的可能性;當(dāng)?shù)毒叻謩e選擇4軸垂直于驅(qū)動體和4軸相對于驅(qū)動體時，均存在碰撞干涉現(xiàn)象，倘若選擇增加刀具懸伸的方式，易在設(shè)備高速運(yùn)行過程中削弱連接刀具桿件的穩(wěn)定性，進(jìn)一步降低工件加工精度。

為解決現(xiàn)有加工工藝存在的問題，可在UG軟件中選擇刀軸模塊的插補(bǔ)矢量功能，由系統(tǒng)默認(rèn)生成工件的插補(bǔ)矢量刀軸刀路，并對工件上4個位置的矢量做出標(biāo)記。先將刀具上已標(biāo)記的4個位置以外的矢量刪除，控制旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)至水平方向，點(diǎn)擊啟動菜單功能，選中Z軸將零件旋轉(zhuǎn)到位后進(jìn)行固定，并完成視圖方向的設(shè)定。隨后通過選擇光順插值，使刀具移動軌跡保持平順過渡，保證刀具在數(shù)控機(jī)床加工過程中始終保持勻速運(yùn)行，由此生成的刀軸均保持同向，有效優(yōu)化刀路，防范出現(xiàn)碰撞干涉問題。

1.2五軸聯(lián)動加工

五軸聯(lián)動加工中心主要采用五軸五聯(lián)動模式，同樣借助可變軸曲面輪廓銑功能模塊進(jìn)行工件加工，在沿用四軸聯(lián)動加工參數(shù)的基礎(chǔ)上，分別設(shè)置插補(bǔ)角度至部件、至驅(qū)動兩種方式生成刀路。

為解決加工工藝中的干涉問題，可借鑒四軸聯(lián)動加工模式實(shí)現(xiàn)刀路的優(yōu)化設(shè)計(jì)。當(dāng)優(yōu)化后的刀路仍未實(shí)現(xiàn)光滑過渡，可選擇工件邊界部位調(diào)整刀軸矢量，隨后沿旋轉(zhuǎn)軸控制旋轉(zhuǎn)角度，調(diào)至與工件間無干涉可能，并設(shè)置視圖方向固定，完成刀路的二次優(yōu)化。

2基于UG的工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用

2.1工件情況

以某100KW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為例，該風(fēng)機(jī)葉輪為直紋螺旋面回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，包含15個葉片。葉片由硬鋁材料制成，呈螺旋上升狀，葉片厚度為1.77～3.2mm，軸向?qū)挾葹?0mm，最小曲率半徑為R5。為改善加工切削率，選用302×122mm棒材進(jìn)行硬鋁材料的加工，利用10mm立銑刀進(jìn)行粗加工，后更換6mm球頭銑刀進(jìn)行精加工，在加工過程中控制主軸方向的垂直度，通過將工件裝夾抬升防范干涉問題。

2.2參數(shù)化建模

考慮到工件曲面形態(tài)較為復(fù)雜、加工精度要求高，選用UG軟件建立葉片參數(shù)化模型。根據(jù)工藝規(guī)劃思路設(shè)置工件基本參數(shù)，依據(jù)床身、Y軸、X軸、Z軸、A軸、C軸的順序分別在數(shù)控機(jī)床上添加相應(yīng)組件，建立組件的三維實(shí)體模型。

2.3數(shù)控編程

利用虛擬裝配功能模塊進(jìn)行組件加工過程的數(shù)控編程設(shè)計(jì)，先依照預(yù)先設(shè)定好的加工順序完成組件的添加，執(zhí)行具體加工工序。隨后結(jié)合粗加工、精加工選中的刀具建立父級組件，分別輸入刀具參數(shù)，在粗加工環(huán)節(jié)，根據(jù)工件尺寸、刀具類型，選用型腔銑加工模式;在半精加工環(huán)節(jié)，結(jié)合粗加工預(yù)留殘余量，運(yùn)行深度五軸銑加工工藝;在精加工與清角環(huán)節(jié)，根據(jù)工件尺寸與加工材料，選擇可變軸曲面輪廓加工模塊。接下來建立工件加工坐標(biāo)系，設(shè)置葉輪前傾角、側(cè)傾角，避免后續(xù)刀具運(yùn)行過程中出現(xiàn)干涉碰撞問題，確保將工件各表面全部加工到位，并通過調(diào)節(jié)殘余高度完成曲面的驅(qū)動，借此有效控制刀具運(yùn)行軌跡，提高葉面加工精度。最后運(yùn)行組件加工程序，收集不同環(huán)節(jié)的切削參數(shù)，如將銑削粗加工環(huán)節(jié)殘余量0.6mm、公差0.03mm輸入UG軟件中，經(jīng)由程序運(yùn)算后自動生成加工方法組，形成優(yōu)化后的刀具運(yùn)行軌跡，進(jìn)入后續(xù)仿真環(huán)節(jié)。

2.4仿真分析與后置處理

在仿真分析環(huán)節(jié)，在機(jī)床構(gòu)建器模塊中創(chuàng)建包含主軸、回轉(zhuǎn)工作臺及工裝夾具等部件的5坐標(biāo)機(jī)床的運(yùn)動仿真體系，選用立式銑削加工模式，建立不同組件的連接點(diǎn)與運(yùn)動軸，并設(shè)置運(yùn)動軸幅度與方向。隨后運(yùn)行后置處理文件功能模塊，將軸限制的最大、最小值分別設(shè)置為120和-100，完成加工文件的添加與保存，并且在視圖窗口中調(diào)用庫類選擇模塊，將5坐標(biāo)立式銑削加工數(shù)控機(jī)床模型導(dǎo)入。待完成五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床程序裝載后，分別運(yùn)行葉片加工程序，新建五軸后處理器執(zhí)行節(jié)點(diǎn)操作，生成后置處理程序，并通過啟動文件獲取到程序片段，完成葉片加工。

結(jié)論：通過利用UG軟件建立數(shù)控多軸加工程序，根據(jù)待加工零部件的加工需求完成工藝參數(shù)的設(shè)置，充分利用刀具側(cè)刃進(jìn)行工件螺紋面的加工，借助平底刀底面完成工件直紋面的加工，并且通過調(diào)節(jié)前、側(cè)傾角等工藝參數(shù)，有效防范在數(shù)控加工過程中出現(xiàn)刀具與工件干涉碰撞問題，為復(fù)雜零部件產(chǎn)品加工效率與加工精度的提升創(chuàng)設(shè)保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]王件華.基于UG和PowerMill的多頭絲杠五軸加工應(yīng)用[J].輕工科技，2020，（10）：53-54.

[2]陸龍福，趙世田.基于UG NX的數(shù)控機(jī)床多軸加工碰撞仿真研究[J].2021，（05）：96-99.